4541

Диагностика транспортных средств. Конспект лекций

Конспект

Логистика и транспорт

Приведены сведения об основных задачах и понятиях технической диагностики транспортных средств. Рассматриваются основные виды диагностических параметров, вопросы нормирования диагностических параметров, организация системы диагностического обеспечен...

Русский

2012-11-22

387 KB

362 чел.

Приведены сведения об основных задачах и понятиях технической диагностики транспортных средств. Рассматриваются основные виды диагностических параметров, вопросы нормирования диагностических параметров, организация системы диагностического обеспечения транспортных средств и требования к контролепригодности транспортных средств.


Введение

Эксплуатация различных транспортных средств в отраслях народного хозяйства (подвижного состава железных дорог, автомобили, сельскохозяйственные машины и т.д.) сопровождается высокими затратами на поддержание их работоспособного состояния в течении всего срока эксплуатации. Сохранение работоспособности транспортных средств обеспечивается выполнением планово-предупредительных работ по техническому обслуживанию (ТО) и ремонту, а также внеплановых ремонтов, проводимых для устранения возникающих в межпрофилактические периоды отказов и неисправностей.

Для повышения эффективности использования транспортного средства разработаны методы и средства диагностирования, которые применяют как при проведении технического обслуживания и ремонтов, так и в качестве самостоятельного технологического процесса. Диагностирование позволяет повысить коэффициент готовности и вероятность безотказной работы транспортных средств, снизить трудоемкость и стоимость эксплуатации, повысить ремонтопригодность и контролепригодность объектов транспорта.

В процессе диагностирования производится получение информации о техническом состоянии транспортного средства. Однако получение диагностической информации само по себе не может решить вопроса оптимизации управления техническим состоянием транспортного средства. Наиболее целесообразным является использование диагностической информации:

  •  при прогнозировании технического состояния транспортного средства на какой-то период с целью подготовки производства к проведению плановых технических обслуживаний и совмещения с ними некоторых, теперь уже известных, текущих ремонтов;
  •  при определении потребности в регулировочных работах при выполнении регламентных работ на постах обслуживания;
  •  при определении режимов работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту с целью их типизации и тем самых качественной подготовки производства;
  •  при комплексном контроле технического состояния после выполнения работ технического обслуживания и текущего ремонта.

В связи с этим техническая диагностика как подсистема управления техническим состоянием транспортного средства должна присутствовать на всех этапах эксплуатации и подготовки к эксплуатации.

1. Основные понятия и определения

Диагностика – отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования и проявление технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию использования систем диагностирования. Когда объектами диагностирования являются объекты технической природы, говорят о технической диагностике.

Объект технического диагностирования – изделие и его составные части, техническое состояние которых подлежит определению.

Техническое диагностирование – процесс определения технического состояния объекта диагностирования с определенной точностью.

Техническое состояние объекта диагностирования – совокупность подверженных изменению в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемая в определенный момент времени признаками, установленными технической документацией на этот объект.

Параметр технического состояния – физическая величина, характеризующая работоспособность или исправность объекта диагностирования, изменяющаяся в процессе работы.

Диагностический параметр – параметр объекта диагностирования, используемый в установленном порядке для определения технического состояния объекта диагностирования.

Структурный параметр – параметр, непосредственно характеризующий работоспособность объекта диагностирования (износ, зазор, натяг и др.).

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Достоверность диагностирования – вероятность того, что при диагностировании определяется то техническое состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.

Прогнозирование технического состояния – предсказание изменения параметра технического состояния объекта диагностирования в будущем.

Наработка – продолжительность функционирования объекта или объем выполненной им работы за некоторый промежуток времени.

Наработка на отказ – среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами.

Остаточный ресурс – наработка объекта диагностирования до предельного изменения его параметра технического состояния, начиная от момента диагностирования.

Надежность – свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, в течении требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Количественно надежность оценивается показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Работоспособность – состояние изделия, при котором в данный момент времени его основные (рабочие) параметры находятся в пределах, установленных требованиями технической документации.

Безотказность – свойства объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность – свойства объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Контролепригодность – свойство изделия, характеризующее его приспособленность к проведению контроля заданными средствами.

Ремонтопригодность – свойства объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

2. Закономерности изменения технического состояния транспортных средств

Показатели технического состояния транспортных средств и их отдельных агрегатов, узлов и деталей в течении эксплуатации изменяются от номинальных значений, соответствующих техническим условиям на новое транспортное средство, до предельных значений.

Для обоснования системы рациональной эксплуатации транспортных средств, в том числе их технического обслуживания (ТО) и технического ремонта (ТР), необходимо знать характер изменения показателей технического состояния в течение периода эксплуатации транспортных средств. Изменение технического состояния транспортных средств наиболее удобно рассматривать по вероятности безотказной работы (функция надежности). Вероятность безотказной работы до первого отказа описывается зависимостью:

или

где t – текущее значение наработки транспортного средства или агрегата; t0 – наработка транспортного средства или агрегата до первого отказа; f(t) - плотность распределения времени исправной работы транспортного средства или агрегата.

Для практического определения функции p(t) используется зависимость:

где N(t) – число транспортных средств (агрегатов), оставшиеся работоспособными в период наработки t; N0 – первоначальное число используемых машин.

Для оценки надежности транспортного средства можно использовать также вероятность отказов q(t), которая связана с p(t) зависимостью:

График функции p(t) для общего случая показан на рисунке 1. Кривая 1 построена для транспортных средств, работоспособность которых в процессе эксплуатации не поддерживается (отсутствует ТО) и не восстанавливается (текущие и другие ремонты не производятся), кривая 2 – для транспортных средств, которые в процессе эксплуатации подвергаются плановым техническим воздействиям по восстановлению работоспособности.

Рис. 1. Вероятность безотказной работы p(t) (t1 и t2 – наработка, при которой отказы транспортных средств отсутствовали; t3 и t4 – соответственно наработка, при которой отказали почти все транспортные средства).

На изменение параметров технического состояния узла, агрегата или транспортного средства в целом влияет большое число конструктивных, производственных и эксплуатационных факторов.

К конструктивным и производственным факторам относятся качество изготовления, сборки, обкатки, конструктивные особенности и структура отдельных элементов и их взаимосвязь в транспортном средстве, а также физико-механические свойства применяемых материалов (твердость, шероховатость и т.п.).

К эксплуатационным факторам относятся режимы нагрузки, внешние климатические условия, способы и уровень проведения ТО и ТР, интенсивность использования транспортного средства в течение смены, суток, года, индивидуальные особенности оператора, управляющего транспортным средством, и т.д.

С точки зрения диагностирования транспортных средств наибольший интерес представляет математическое описание характера зависимости параметра технического состояния от наработки. От выбора математической функции зависит качество, достоверность и простота постановки диагноза и прогнозирования остаточного ресурса. Целесообразно аппроксимировать ломаную кривую фактического изменения параметра технического состояния плавной кривой. Аппроксимирующая функция должна учитывать физику изменения параметра технического состояния, в том числе конструктивные и эксплуатационные факторы; интегрально учитывать характер изменения от наработки. Эта функция должна быть универсальной – характеризующей линейную, степенную и другие зависимости изменения параметра от наработки, и простой – содержащей небольшое число коэффициентов и обеспечивающей простоту построения номограмм, таблиц и других справочных материалов.

От качества и достоверности статистических данных зависит достоверность постановки диагноза и прогнозирования остаточного ресурса.

Для количественной оценки надежности транспортных средств используется также понятие интенсивности отказов. Интенсивность отказов, λ-характеристика, – отношение числа n(t) отказывающих однородных изделий к среднему числу N(t) изделий, исправно работающих в данный отрезок времени Δt:

3. Основные положения и задачи технической диагностики

В процессе эксплуатации средств транспорта ухудшаются их эксплуатационные показатели и техническое состояние, возникают отказы и неисправности.

Технический уровень любого транспортного средства оценивают конструктивными, производственными (технологическими) и эксплуатационными показателями. К эксплуатационным показателям, характеризующим техническое состояние транспортных средств, относятся в первую очередь надежность и контролепригодность.

Надежность транспортного средства закладывается при ее проектировании, обеспечивается при изготовлении и проявляется в процессе эксплуатации. Количественно надежность оценивается показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

К основным показателям работоспособности транспортного средства относятся неисправность и отказ.

Под отказом понимают событие, заключающееся в нарушении работоспособности (один или несколько рабочих параметров изделия выходят за допустимые пределы, дальнейшая эксплуатация транспортного средства невозможна или неэффективна по экономическим соображениям). Основные причины отказа – износ поверхностей подвижных сопряжений узлов, нарушения сплошности элементов ходовых частей, нарушение регулировочных характеристик, различные физико-химические необратимые процессы и т.п.

Неисправность в ряде случаев не связана непосредственно с потерей работоспособности. Неисправный узел или агрегат не может выполнять все свои функции или выполняет их с определенными отклонениями. Если своевременно не устранить неисправность, может возникнуть отказ. Например неустранимый стук в подшипниках коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания приводит к его заклиниванию.

По характеру изменения отказы классифицируют на постепенные и внезапные. Первым предшествует постепенное изменение какого-либо контролируемого в процессе эксплуатации транспортного средства параметра технического состояния, выход которого за установленное значение (например, предусмотренное техническими условиями) характеризует отказ. Примером постепенного отказа является снижение мощности двигателя внутреннего сгорания, износ сопряжения золотник-корпус гидрораспределителя, износ бандажей колесных пар тягового подвижного состава и т.д.

Внезапные отказы чаще являются следствием неконтролируемого в условиях эксплуатации постепенного качественного изменения физико-механических свойств, накоплении в деталях усталостных повреждений или следствием действия недопустимых нагрузок, температур и т.д. примерами внезапных отказов являются пробой проводов высокого напряжения, перегорание элементов электрических схем транспортных средств, обрыв рукавов высокого давления гидропривода.

С расширением функциональных возможностей применяемых в эксплуатации методов и средств диагностирования технического состояния все больше внезапных отказов может быть отнесено к числу постепенных. разграничение отказов на постепенные и внезапные позволяет выбирать соответствующие методы и средства их локализации и методы прогнозирования остаточного ресурса.

Отказы подразделяют на конструкционные, производственные (технологические) и эксплутационные.

Причина возникновения конструкционных отказов – нарушение установленных норм и правил и (или) норм конструирования. Производственные отказы возникают в результате нарушения процессов изготовления, сборки, приработки узлов транспортного средства, неправильного выбора допустимых температур и других режимов. Чаще всего они проявляются на ранней стадии эксплуатации транспортного средства. Эксплуатационные отказы возникают в результате нарушения установочных правил и (или) условий эксплуатации (силового, теплового и скоростного режимов).

Кроме того, отказы подразделяют на независимые и зависимые.

Одним из важнейших условий поддержания на высоком уровне эффективности и надежности транспортных средств является своевременное обнаружение и предупреждение на ранней стадии отказов и неисправностей. этому способствует внедрение современных методов и средств диагностирования.

Задачи диагностики следующие: изучение и установление признаков (параметров) оценки неисправностей и отказов транспортных средств и их агрегатов; разработка методов и средств, с помощью которых можно дать заключение о характере неисправности и отказа.

По результатам измерений диагностических параметров осуществляется прогнозирование остаточного ресурса транспортного средства и отдельных его агрегатов.

Целью диагностирования являются оценка общего технического состояния транспортных средств; локализация неисправностей, направленных на снижение расхода запасных частей, материалов, топлива, стоимости и трудоемкости ТО и ТР транспортных средств; выполнение ТО и ТР транспортных средств не по регламенту, а по потребности и в конечном итоге повышение коэффициента готовности парка транспортных средств.

Диагностирование отличается от традиционных контрольных операций объективностью и достоверностью оценки технического состояния транспортных средств, возможностью определения параметров их эффективности, наличием условий для оперативного управления техническим состоянием транспортных средств. Диагностирование чаще всего является составной частью технологического процесса ТО и ТР транспортных средств. Такая система принята во многих отраслях народного хозяйства.

Различают функциональное и тестовое диагностирование. функциональное диагностирование производят для оценки общего технического состояния транспортного средства или агрегата, тестовое – для оценки технического состояния отдельных систем, узлов и деталей, локализации и устранения источника неисправности, проведение необходимого регулирования и т.д.

4. Диагностирование в системе управления техническим состоянием транспортных средств

В системе управления деятельностью предприятий, эксплуатирующих и выполняющих ТО транспортных средств, диагностирование играет важную роль. Оно в значительной мере обеспечивает рациональный маршрут движения транспортных средств по технологическим зонам ТО и ТР.

Под управлением техническим состоянием транспортного средства понимают комплекс мероприятий, направленных на предупреждение отказов и неисправностей и восстановление номинальных значений параметров технического состояния, характеризующих техническое состояние транспортных средств. При этом оптимальными являются мероприятия, которые для восстановления технического состояния транспортных средств обеспечивают минимум издержек (материальных и трудовых затрат); для систем, влияющих на безопасность движения и работы – минимальную заданную вероятность отказа.

Рис. 2. Функциональная схема управления техническим состоянием транспортного средства.

Цель управления – сохранение высокой надежности транспортного средства в эксплуатации и эффективности его использования. Для достижения этой цели необходима правильная организация технологических процессов ТО и ТР транспортных средств, которую следует рассматривать как замкнутую цепь (рис. 2), состоящую из объекта управления (техническое состояние машины), диагностического комплекса, управляющего (центра управления) и исполнительного (производственные зоны ТО и ТР) органов. В этой цепи диагностирование выделяется в самостоятельное звено.

Управляющими показателями в системе управления техническим состоянием транспортных средств являются основные показатели надежности, периодичность ТО и ТР, предельные и допустимые значения диагностических и структурных параметров, погрешность измерения этих параметров, полный и остаточный ресурсы, срок службы транспортного средства.

В общем случае схема управления техническим состоянием транспортного средства имеет прямую и обратную связи. Прямая связь предназначена для принятия решения о проведение технических воздействий на транспортное средство, обратная – для корректирования управляющих показателей надежности и эффективности транспортного средства. В такой системе диагностирование является активным звеном при оценке состояния поступившего на ТО и ТР транспортного средства, инструментом при проведении необходимых контрольно регулировочных работ и контрольным звеном при оценке качества проведенных технических воздействий и оценке остаточного ресурса.

Максимальная эффективность диагностирования обеспечивается оптимальным выбором диагностических параметров, средств и методов их измерения, нормативных (номинальных допускаемых и предельных) значений диагностических параметров, периодичности проведения диагностирования.

Активно влияя на технические процессы ТО и ТР транспортных средств, диагностирование обеспечивает в конечном итоге переход от регламентного их проведения к проведению по фактической потребности.

5. Диагностические параметры

Все неисправности и отказы, возникающие при эксплуатации транспортных средств, сопровождаются изменением зазоров в сопряжениях, износом, шумами, вибрациями, нарушениями температурных режимов, пульсациями давления, изменениями функциональных показателей (снижением мощности, тягового усилия, производительности, давления) и т.д. Эти сопутствующие неисправностям и отказам признаки могут служить параметрами технического состояния и часто могут оцениваться количественно.

Параметры технического состояния бывают структурные и диагностические. Структурные параметры: износ, зазор, натяг в сопряжениях и др. - непосредственно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

Диагностические параметры: температура, шум, вибрация, расход топлива, пульсация давления и др. – косвенно характеризуют работоспособность объекта диагностирования.

На практике используют параметры, отвечающие требованиям однозначности, широты измерения (рис. 3), а также доступности и удобства измерения, информативности, технологичности. При этом в первую очередь учитывают параметры, которые характеризуют наиболее часто повторяющиеся отказы и неисправности.

Под однозначностью понимают соответствие каждому значению диагностического параметра только одного вполне определенного значения параметра выходного процесса (состояния диагностируемого объекта).

Широта измерения (чувствительность) – это наибольшее отклонение диагностического параметра при заданном изменении структурного параметра. Она характеризуется отношением изменения диагностического параметра к соответствующему структурному параметру.

а) б)

Рис. 3. Диаграмма для определения однозначности (а) и широты измерения (чувствительности) (б) диагностических параметров D по отношению к структурному параметру S:

1 – неоднозначная зависимость; 2 – однозначная зависимость; 3 – более чувствительный; 4 – менее чувствительный (ΔDD’’).

Доступность и удобство измерения диагностического параметра определяются конструкциями объекта диагностирования и диагностического средства.

Информативность параметра определяется снижением неопределенности знаний о техническом состоянии объекта после использования информации по результатам диагностирования.

Технологичность измерения параметра определяется удобством подключения диагностической аппаратуры, простотой измерения и обработки результатов измерений. В целом технологичность измерения характеризует трудоемкость и стоимость диагностирования.

Диагностические параметры подразделяют на частные и общие. Частный параметр указывает на вполне определенную неисправность или отказ объекта диагностирования. Например, смещение порога срабатывания предохранительного клапана двигателя указывает конкретно на его разрегулировку. Общие параметры характеризуют общее техническое состояние диагностируемого объекта. К числу общих параметров относятся, например, мощность и тяговое усилие тепловоза.

Диагностические параметры бывают зависимые и независимые. Каждый независимый параметр указывает на конкретную неисправность. отдельный зависимый диагностический параметр не определяет неисправности или отказа. Зависимые параметры можно определить при измерении и сопоставлении нескольких параметров.

По характеру информации параметры подразделяют на три группы: параметры, обеспечивающие получение информации о техническом состоянии диагностируемого объекта, но не характеризующие его функциональные возможности; параметры, обеспечивающие получение информации о функциональных возможностях диагностируемого объекта, но не дающие информации о его техническом состоянии; комбинированные параметры, обеспечивающие получение информации как о функциональных возможностях, так и о техническом состоянии объекта диагностирования.

Связи между структурными и диагностическими параметрами могут быть простейшими (когда одному структурному параметру соответствует один диагностический, и наоборот), множественными (одному структурному параметру соответствует несколько диагностических), неопределенными (одному диагностическому параметру соответствует несколько структурных) и комбинированными.

Выбор и обоснование основных диагностических параметров транспортных средств базируется на частоте проявления неисправностей и отказов, анализе признаков и экономических факторов сопутствующих им. При выборе предпочтение отдают параметрам диагностирования систем, влияющих на безопасность движения и работы, а также непосредственно на окружающую среду (дымность и содержание токсичных составляющих в отработавших газах, шум и вибрация и т.п.), и параметрам, характеризующим неисправности и отказы, для устранения которых необходимы наибольшие материальные и трудовые затраты.

Если неисправность или структурный параметр можно оценить несколькими диагностическими параметрами, то предпочтение отдают тому, который более точно оценивает определенную величину, измерение которого связано с меньшими затратами и с помощью которого можно оценить несколько структурных или функциональных параметров транспортного средства.

При выборе диагностических параметров можно применять метод
И.А. Биргера, основанный на формулах Байеса. Принцип этого метода состоит в том, что диагностическая ценность параметра определяется информацией, которая вносится признаком в систему состояний. Смысл метода заключается в следующем.

Выбирают основные структурные параметры (признаки состояний) и параметры, которые можно использовать в качестве диагностических. По данным статистики отказов определяют «вероятностные веса» структурных параметров при различных состояниях диагностируемого объекта и определяют вероятности его состояния при различных комбинациях этих структурных параметров.

Формула Байеса:

где p(Di) – априорная вероятность состояний, определяемая как число объектов Ni, в которых обнаружены неисправности Di, к общему числу исследуемых объектов; p(Kj/Di) – вероятность проявления j-го диагностического параметра при состоянии Di.

Произведение p(K1 / Di)…p(Km / Di)=p(K / Di), если

и диагностические параметры Ki являются независимыми для каждого из состояний Di.

Знаменатель формулы представляет собой вероятность p(K) того, что в диагностируемом объекте должен обнаруживаться комплекс диагностических параметров K. Так как комплекс K проявляется как минимум с одним из состояний Di, то полная вероятность:

6. Характеристика транспортного средства как объекта диагностирования

При организации системы диагностирования необходимо учитывать следующие особенности транспортного средства как объекта диагностирования:

  •  большое разнообразие систем транспортного средства (механические, электрические, гидравлические и т.д.), что затрудняет получение универсальных решений при выборе методов и технических средств диагностирования, а также требует построение алгоритмов и программы диагностирования с учетом их конструктивных особенностей;
  •  наличие как дискретных, так и непрерывных систем, определяющих различный подход при решении задач диагностирования. При диагностировании дискретных систем используются методы формальной логики, в системах непрерывного действия – непрерывное отклонение параметров;
  •  различный уровень надежности систем транспортного средства, затрудняющий организацию процесса диагностирования и принятие решений при определении их технического состояния;
  •  различные режимы работы оборудования (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный), что вызывает необходимость согласования периодичности его диагностирования;
  •  высокая степень автоматизации основных систем транспортного средства, требующая автоматизации процесса диагностирования;
  •  различные функциональные состояния транспортного средства (подготовка к эксплуатации, эксплуатация, ремонт), влияющие на выбор задач и глубину диагностирования, а также на степень использования технических средств диагностирования;
  •  сложность структуры транспортного средства, обуславливающая выбор принципа его декомпозиции при организации системы диагностирования. Принципы декомпозиции транспортного средства могут быть различными в зависимости от типа задач, решаемых при диагностировании.

При проверке работоспособности и поиске дефектов декомпозиция транспортного средства производится по блочно-функциональному принципу. Блочно-функциональная композиция транспортного средства производится по вертикали и горизонтали.

Вертикальная декомпозиция транспортного средства приводит к построению иерархии связей его компонентов. Древовидная форма иерархии связей конструктивных компонентов транспортного средства предопределяет такую же форму соподчинения алгоритмов диагностирования.

При горизонтальной декомпозиции транспортного средства выделяют отдельные его составляющие по основному признаку физического процесса или принципу технического исполнения, на которых основано их функционирование. При диагностировании каждой из этих составляющих среди нескольких используемых физических методов диагностирования всегда можно выделить доминирующий.

Таким образом, блочно-функциональная декомпозиция транспортного средства по вертикали позволяет установить иерархии связей компонентов, а значит, и иерархии диагностических целей и алгоритмов; по горизонтали – выбрать и разработать, прежде всего, доминирующий физический метод диагностирования.

Блочно-функциональная система декомпозиция транспортного средства представлена на примере декомпозиции тепловоза на рисунке 4.

При разработке методов и технологии диагностирования необходимо обобщенное описание свойств транспортного средства в целом или его отдельных систем, которое может быть функциональным, морфологическим или информационным. При функциональном описании определяют главную функцию транспортного средства как системы, характеризуемой количественно и качественно функционалом эффективности, затем устанавливают процессы первого и последующих уровней, от которых зависит функционал эффективности предыдущего уровня, и определяют параметры, характеризующие эти процессы выполняющие в свою очередь роль функционалов для параметров последующих уровней.

Морфологическое описание объекта содержит сведения об элементном составе, структуре и характере связей между элементами объекта. Так же как и функциональное, морфологическое описание строится по многоуровневому принципу путем последовательной декомпозиции подсистем, причем уровни функционального и морфологического описаний должны совпадать.

Информационное описание транспортного средства и его подсистем заключается в описании энтропии объекта, т.е. меры неопределенности нахождения системы в данном состоянии. В общем виде энтропия определяется по формуле К. Шеннона:

где Pi – вероятность нахождения системы в i-том состоянии;

 n – число возможных состояний системы.

Транспортное средство как объект диагностирования может находится в конечном множестве состояний S, которое практически ограничено из-за ограниченных возможностей контрольных и измерительных средств. В множестве S выделяют два непересекающихся подмножества S1 U S0. Подмножество работоспособных состояний S1={si}, включает все n состояний, которые позволяют транспортному средству выполнять возложенные на него функции. Каждое состояние в этом подмножестве отличается от других степенью работоспособности, которая характеризуется приближением состояния транспортного средства к предельно допустимому. Если оценивать степень работоспособности транспортного средства допусками на параметры, то в подмножестве S1 можно выделить две разновидности работоспособных состояний: исправное работоспособное (параметры, характеризующие состояние узлов и систем транспортного средства) и неисправное но работоспособное (параметры основных систем выходят за поля допусков, но не превышают предельных значений). Подмножество неработоспособных состояний S0={sj},  включает все m состояний, соответствующих возникновению дефектов, приводящих к потере работоспособности транспортного средства. Возможные состояния систем транспортного средства sj характеризуются параметрами, значения которых вышли за пределы критических.

Качественные характеристики и количественные показатели информационного описания зависят от уровня декомпозиции транспортного средства, а значит, и от соответствующего уровня контроля. В количественном отношении информация о состоянии объекта, которую получают при диагностировании, равна разности энтропии объекта до и после очередной проверки. Объектом диагностирования могут быть транспортное средство в целом или его системы.

7. Структура диагностического обеспечения систем транспортного средства

Разработка диагностического обеспечения объекта основывается на совокупности правил и методов исследования данного объекта диагностирования. Конечным результатом разработки диагностического обеспечения объекта является информация, необходимая для проектирования систем технического диагностирования (СТД) и приспособление объекта к выполнению диагностических операций. Из диагностического обеспечения отдельных систем транспортного средства складывается диагностическое обеспечение транспортного средства в целом.

Диагностическое обеспечение объекта включает в себя перечень диагностических параметров, методы их оценки, условия работоспособности и признаки наличия дефектов в объекте, алгоритмы и программу диагностирования, показатели контролепригодности объекта и эффективности процесса диагностирования.

Процесс разработки диагностического обеспечения объекта состоит из следующих последовательно выполняемых операций:

  •  выбор вида и построение диагностической модели объекта;
  •  определения множества диагностических параметров;
  •  выбор совокупности оцениваемых диагностических параметров;
  •  выбор метода оценки диагностических параметров;
  •  формулировка условий работоспособности и признаков дефектов в совокупности оцениваемых диагностических параметров;
  •  построение алгоритмов и программы диагностирования.

Рассмотрим кратко содержание основных операций разработки диагностического обеспечения систем транспортного средства.

Диагностическое обеспечение объекта базируется на результатах построения и анализа одной или нескольких диагностических моделей (ДМ) объекта. Диагностическая модель объекта – формальное его описание, учитывающее возможность изменения состояния, – должна отвечать следующим основным требованиям:

  •  быть обобщенной и в значительной мере абстрактной, чтобы ее можно было применять для широкого состава технических объектов;
  •  охватывать возможно большее число состояний объекта, и позволять определять дефекты при любой заданной глубине поиска;
  •  иметь форму, удобную для технической реализации, в частности для автоматизации процесса ее анализа с помощью ЭВМ.

Первое и второе требования к ДМ носят противоречивый характер, первое требование должно быть отнесено к определенному классу ДМ, второе – к определенному виду ДМ конкретного объекта.

В зависимости от уровня декомпозиции структуры и свойств транспортного средства как объекта диагностирования выбор, построение и анализ ДМ могут быть выполнены на двух уровнях.

На системном уровне в основу построения ДМ положено деление сложной структуры транспортного средства на отдельные системы различного уровня соподчинения. Модель транспортного средства отображает соподчиненность ДМ отдельных его систем. Целью анализа такой ДМ может быть качественная и количественная оценка влияния параметров отдельных систем на обобщенные тягово-экономические показатели транспортного средства.

Использование ДМ транспортного средства в целом для решения задач технической диагностики затруднено ввиду ее чрезвычайной сложности. Для практических целей строятся ДМ отдельных систем или, чаще всего, их подсистем. На таких моделях могут быть решены задачи оценки работоспособности систем, проверки их исправности и поиска дефектов, а также прогнозирование изменения состояния.

На элементном уровне ДМ отображает множество элементов и связей между ними. Под элементами понимают простейшие конструктивно или функционально законченные части системы, далее неделимые в рамках данного анализа. На основе таких моделей решают задачи проверки работоспособности, правильности функционирования и поиска дефектов.

Выбор вида и числа ДМ объекта зависит от целевого назначения модели, конструктивных особенностей объекта, степени его изученности и ряда других факторов. Большое разнообразие таких форм и средств описания объектов затрудняет исчерпывающую классификацию ДМ.

Диагностические модели ОД, представленные аналитической зависимостью, или, так называемые, аналитические модели представляют собой различные функциональные уравнения, описывающие процесс преобразования входных величин в выходные. В общем этот процесс может быть описан зависимостью:

где x, z – соответственно входная и выходная величины;

А – оператор преобразования.

Практически оператор А является функцией множества внутренних параметров объекта (чаще всего структурных), т.е. А=f(a1, a2, …, an). Возникновение дефекта приводит к изменению параметра Δа, что сопровождается изменением оператора ΔА и выходной величины Δz. Следовательно, при определенном х по изменению выходной величины z можно обнаружить возникший дефект.

Аналитические модели в диагностировании транспортных средств применяются на различных уровнях исследования и оценки их технического состояния.

Диагностические модели в виде дифференциальных уравнений применительно к отдельным звеньям или системам дают возможность решить ряд задач: оценить влияние изменения параметров звена или системы на показатели качества ее работы в установившиеся определить предельные значения параметров, установить законы и характеристики распределения отклонений параметров и т.д. Анализ таких моделей, особенно применительно к сложным системам (дизель-генератор, системы автоматического регулирования частоты вращения дизеля и напряжения тягового генератора и др.), производится обычно с помощью ЭВМ.

Диагностические модели в виде регрессивных зависимостей строятся на основе результатов специально поставленного статистического эксперимента. Полученная регрессивная зависимость обобщенного показателя качества работы системы или транспортного средства в целом от ряда диагностических параметров позволяет решить задачи диагностики и управления техническим состоянием транспортного средства.

Модели характеристик (статических и динамических) используются для проверки работоспособности и поиска дефектов в системах автоматического регулирования, электронных блоках, а также механических систем (частотные характеристик).

Из функциональных ДМ объектов, имеющих блочно-функциональную структуру, наиболее широко используются логические модели. Применение таких моделей для диагностирования транспортных средств возможно на разных уровнях их декомпозиции. Логические модели дают возможность решать практически все задачи диагностирования как незамкнутых, так и замкнутых систем, имеющих блочно-функциональную структуру, например, таких, как системы дистанционного управления энергетической установки, автотормозами, автоматического регулирования. Можно также и сборочные единицы (дизель, электропередачу) представить логическими моделями, но в этом случае поиск дефектов может быть выполнен до уровня отдельных узлов и систем.

Для построения логической модели системы должна быть задана ее функциональная схема, каждому блоку которой ставится в соответствие совокупность логических блоков таким образом, чтобы выходной сигнал каждого логического блока характеризовался только одним параметром. Оценку технического состояния объекта производят на основе допускового метода контроля. В этом случае если значение входа (выхода) каждого блока принадлежит множеству допустимых значений, оно принимается равным «1», если нет – равным «0», т.е. функции выходов от входа и состояния блока являются логическими функциями. При этом, назначив эксплуатационные допуски на параметры, нетрудно перейти к двузначной логической модели, представленной в виде таблицы функций неисправностей (ТФН).

При диагностировании замкнутых систем управления и регулирования, имеющих в своей структуре обратные связи, технология применения логических моделей усложняется. В этом случае в схему системы регулирования вводятся управляемые разрывы обратных связей, если такие разрывы допустимы в процессе диагностирования.

Логические модели отличаются простотой и наглядностью построения, а главное, минимумом исходной информации.

Диагностические модели объектов, представленные графами в пространстве параметров и состояний, дают возможность учитывать топологические особенности структуры объектов и связи их с внешней средой. Методы их построения отличаются алгоритмами, сравнительно легко реализуемыми на ЭВМ. При построении граф-моделей ОД, имеющих не блочную структуру, необходимо учитывать ряд характерных особенностей:

  •  при тесной функциональной связи параметров ОД нельзя применять управляемые разрывы для исключения контуров обратных связей;
  •  в число вершин графа дополнительно включают дефекты, которые, как правило, характеризуют качественное изменение свойств ОД, но не являются параметрами контроля;
  •  структура графа и направление потока информации в нем изменяются в зависимости от вида решаемых задач (проверка работоспособности, поиск дефектов).

Графовые модели могут быть детерминированными и вероятностными.

Основной задачей анализа ДМ является определение множества диагностических параметров, отображающих изменение технического состояния объекта диагностирования. Из этого множества параметров формируют совокупность оцениваемых диагностических параметров, характеризующих техническое состояние ОД с определенной мерой достоверности. Выбранные параметры предопределяют содержание последующих этапов диагностического обеспечения.

Выбор метода оценки диагностических параметров зависит от точности и возможности их измерения, требуемой степени автоматизации диагностирования. На этом этапе должны быть четко сформулированы требования к техническим средствам.

Определение нормативных значений параметров технического состояния сочетается с формулировкой признаков наличия дефектов, включающих в себя условия различения работоспособных и неработоспособных состояний объекта.

В результате анализа ДМ объекта разрабатываются алгоритмы и программа диагностирования, эффективность которых может быть оценена одним критерием или сочетанием нескольких: стоимость, время, объем оборудования, квалификация обслуживающего персонала. К обобщенным параметрам эффективности диагностирования можно отнести показатели контролепригодности транспортных средств, определяемые на завершающем этапе разработки диагностического обеспечения.

При разработке диагностического обеспечения транспортного средства в процессе его проектирования стремятся добиться наибольшей эффективности системы диагностирования. Если же система диагностирования проектируется для существующего парка транспортных средств, то при разработке диагностического обеспечения должны быть учтены особенности каждого вида транспортного средства и различные варианты технического исполнения отдельных систем. Практически диагностическое обеспечение разрабатывается применительно к каждой системе транспортного средства с учетом конструктивных особенностей, условий эксплуатации и ремонта.

8. Нормативные значения диагностических параметров

Объективная количественная оценка технического состояния транспортных средств по текущим значениям диагностических параметров может быть получена в том случае, если правильно и обоснованно установлены их характеристические значения. Заложенные в правила технического обслуживания и ремонта транспортных средств, эти значения ДП являются нормативными, обязательными для проверки и соблюдения при проведении ТО и ТР.

Параметры технического состояния узла, агрегата, элемента подразделяют по важности на две группы. К первой группе относятся параметры, связанные с безопасностью эксплуатации транспортного средства, а также параметры, от которых зависят эргономические показатели – шум, вибрация, токсичность отработавших газов. Как правило, ДП этих механизмов хорошо отражают выходные (рабочие) показатели (тормозной путь, время срабатывания тормозов, содержание СО в отработавших газах и т.д.) и могут быть измерены непосредственно. Ко второй группе относятся параметры, связанные с технико-экономическими показателями, такие как расход топлива и др.

Важнейшим этапом разработки СТД – определение нормативных значений структурных и диагностических параметров технического состояния элементов транспортных средств, обеспечивающих постановку диагноза технического состояния.

К нормативным значениям относятся номинальные zн, предельные zп и допускаемые zд значения.

Номинальное значение параметра соответствует новым, технически исправным транспортным средствам, агрегатам, узлам, элементам.

Предельное значение параметра соответствует такому состоянию объекта, когда его дальнейшая эксплуатация становится технически невозможной или экономически невыгодной.

Допускаемое значение параметра представляет собой ужесточенное предельное значение, при котором обеспечивается заданный либо экономически оптимальный уровень вероятности отказа на предстоящей межконтрольной наработке.

При системе технического обслуживания по состоянию допускаемое значение параметра является основным управляющем показателем. Сравнивая в момент контроля текущее значение диагностических параметров с допускаемыми, выносят решение об исправности объекта либо необходимости проведения технического воздействия – предупредительного ремонта или регулирования. Номинальные и предельные значения структурных параметров элементов транспортных средств устанавливается изготовителями в отраслевой нормативно-технической документации.

9. Контролепригодность транспортных средств

Один из источников повышения коэффициентов готовности и использования транспортных средств – снижение времени их простоев на ТО и ТР, которое обеспечивается увеличением объемов контрольно-диагностических работ в общем объеме работ по ТО и ТР. Особенно заметно увеличение контрольно-диагностических работ в процессе ТО транспортных средств. Объем контрольно-диагностических и регулировочных работ превышает 25 – 30% общего объема работ по ТО транспортных средств.

Как правило, полезное время, затрачиваемое на непосредственное измерение диагностических и контролируемых параметров в среднем равно 5 – 10% общего времени диагностирования; остальные 90 – 95% приходятся на установку и снятие первичных преобразователей, установление нужного режима работы транспортного средства для диагностирования и обработку результатов диагностирования. Причем на снятие и установку преобразователей приходится до 50 – 80% общего времени диагностирования.

Радикальным способом снижения трудоемкости контрольно-диагностических работ является повышение контролепригодности транспортных средств, в том числе их приспособленности к диагностированию, и внедрение более эффективных методов контроля и диагностирования.

Повышение контролепригодности транспортных средств может быть осуществлено следующими способами:

  •  приспособлением транспортного средства к удобному и простому подключению измерительных преобразователей на период диагностирования и контроля, выбором наиболее эффективных методов диагностирования и контроля, обеспечением универсальных, специально выполненных в транспортных средствах присоединительных мест, разъемов, штуцеров, заглушек и т.п.;
  •  введением в конструкцию транспортных средств встроенных измерительных преобразователей, к выводам которых в период диагностирования можно подключать внебортовые (стационарные и переносные) средства диагностирования (для удобства подключения последних выходы измерительных преобразователей выводят на специально предусмотренные разъемы);
  •  комплектованием транспортных средств постоянно действующими измерительными преобразователями и вторичными приборами (системами бортового контроля), выдающими в любой момент времени, выбираемый оператором, информацию о техническом состоянии узла или элемента транспортного средства.

На практике наиболее целесообразно комплексное использование всех трех способов.

Контролепригодность транспортного средства (системы, агрегата, узла, элемента) обеспечивают на стадиях проектирования, разработки и изготовления. В целом требования контролепригодности должны содержать требования к конструктивному исполнению; к параметрам и методам диагностирования; критерии контролепригодности.

Требования к конструктивному исполнению включают:

  •  требования к приспособленности изделия для применения рациональных методов и средств диагностирования в зависимости от вида и назначения систем диагностирования;
  •  требования к взаимному согласованию устройств соединения изделия с СТД с учетом стандартизации и унификации соединительных устройств (разъемов, переходников, штуцеров и др.), а также требования к безопасному и однозначному соединению;
  •  требования к числу, расположению, доступности, легкосъемности и подключению соединительных устройств.

Требования к параметрам и методам диагностирования должны содержать требования к количественному и качественному составу диагностических параметров и алгоритму диагностирования.

Критерии контролепригодности, как правило, должны давать количественную оценку. Выделяют основные и дополнительные критерии контролепригодности.

Основные критерии подразделяют на оперативные и экономические.

К оперативным критериям относятся среднее время диагностирования tд.ср, среднее время подготовки изделия к диагностированию (контролю) tп.ср, удельные затраты времени на диагностирование tд.уд, а также временной Кв и информативно-временной Ки показатели.

Временной показатель комплексно характеризует конструктивное совершенство изделия, применяемые при этом средства контроля и их взаимное соответствие. Информационно-временной показатель представляет комплексную характеристику, учитывающую эффективность выбора контролируемых параметров и применяемых средств контроля.

К экономическим критериям относятся:

энергозатраты Э (работа, затраченная на диагностирование или контроль), трудоемкость Тд и стоимость Сд диагностирования, трудоемкость Тп и стоимость Сп подготовки изделия к диагностированию, комплексный стоимостной показатель Кк.с, удельные трудовые затраты Кт, стоимость диагностирования Кс, затраты на материалы при диагностировании Км, отнесенные к единице наработки изделия, коэффициент трудоемкости подготовки изделия к диагностированию Кт.д, удельная трудоемкость контроля Ту.к, отнесенная к одному измеряемому параметру.

Перечисленные критерии определяются по зависимостям приведенным на рисунке 5.

К дополнительным критериям относятся показатели доступности, удобства, встроенности измерительных преобразователей и др.

Рис. 5. Основные критерии оценки контролепригодности транспортных средств.


Вопросы для проведения модульного и экзаменационного контроля,

по курсу «Диагностика транспортных средств»

  1.  Надежность, долговечность, безотказность и ремонтопригодность.
  2.  Техническое диагностирование: цель и задачи.
  3.  Изменение технического состояния транспортных средств в процессе эксплуатации.
  4.  Вероятность безотказной работы. Вероятность отказов. Интенсивность отказов.
  5.  Факторы, влияющие на изменение параметра технического состояния транспортных средств и его систем.
  6.  Основные показатели работоспособности: отказ и неисправность.
  7.  Постепенные и внезапные отказы.
  8.  Конструкционные, производственные и эксплуатационные отказы.
  9.  Управление техническим состоянием транспортных средств.
  10.  Параметры технического состояния: структурные и диагностические.
  11.  Требования, предъявляемые к диагностическим параметрам.
  12.  Однозначность и широта измерения диагностических параметров.
  13.  Диагностические параметры: частные и общие, зависимые и независимые.
  14.  Классификация диагностических параметров по характеру информации.
  15.  Связи между структурными и диагностическими параметрами.
  16.  Выбор диагностических параметров при проведении диагностирования транспортных средств.
  17.  Особенности транспортного средства, которые необходимо учитывать при организации системы диагностирования.
  18.  Блочно-функциональная декомпозиция транспортного средства.
  19.  Функциональное, морфологическое и информационное описание транспортного средства.
  20.  Структура диагностического обеспечения транспортного средства.
  21.  Виды диагностических моделей объекта диагностирования. Требования предъявляемые к диагностическим моделям.
  22.  Аналитические диагностические модели.
  23.  Диагностические модели в виде регрессивных зависимостей.
  24.  Логические диагностические модели.
  25.  Диагностические модели представленные графами.
  26.  Виды нормативных значений диагностических параметров.
  27.  Контролепригодность транспортного средства.
  28.  Пути повышения контролепригодности транспортного средства.
  29.  Требования контролепригодности предъявляемые к транспортному средству.
  30.  Оперативные критерии контролепригодности.
  31.  Экономические критерии контролепригодности.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17395. ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРЯМЫХ И ПЛОСКОСТЕЙ 64.5 KB
  ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРЯМЫХ И ПЛОСКОСТЕЙ Прямая параллельная плоскости. Если прямая АВ параллельна прямой лежащей в некоторой плоскости то она параллельна этой плоскости. Если необходимо через заданную точку провести прямую параллельную заданной плоскости необ
17396. ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА 70.5 KB
  ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА Все поверхности можно подразделить на графические закон образования которых нам не известен и примером такой поверхности может быть топографическая поверхность Земли и геометрические закон которых известен. Часть пространства ограниченная
17397. ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА. Циклические поверхности 74.5 KB
  ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА Циклические поверхности Циклические поверхности могут быть образованы движением в пространстве какой либо окружности постоянного или переменного радиуса при перемещении ее центра по криволинейной направляющей а плоскость окружности ост
17398. Винтовые поверхности 53 KB
  Винтовые поверхности. Винтовой поверхностью называется поверхность которая описывается образующей при ее винтовом движении. Образующие могут быть как кривыми так и прямыми линиями. Прямые линии обычно называются винтовыми параллелями. Расстояние между винтов
17399. Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями 62.5 KB
  Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями. Сечение гранных тел проецирующими плоскостями. При пересечении поверхностей тел проецирующими плоскостями одна проекция сечения совпадает с проекцией проецирующей плоскости. Рассмотрим чертеж шести
17400. Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями 57 KB
  Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями. Сечение гранных тел плоскостью общего положения Плоскость задана пересекающимися прямыми горизонталью и фронталью. Геометрическое тело трехгранная призма. ...
17401. Пересечение двух поверхностей способом сфер или вспомогательных шаровых поверхностей 54.5 KB
  Пересечение двух поверхностей способом сфер или вспомогательных шаровых поверхностей. Для построения линии пересечения некоторых поверхностей не рационально использовать плоскости в качестве вспомогательных секущих поверхностей. Если пересекаются две поверхно
17402. Пересечение прямой и поверхности 38 KB
  Пересечение прямой и поверхности. Для контроля усвоения материала хочу предложить выполнить самостоятельно две простые задачи на пересечение прямых частного положения с поверхностями конуса и цилиндра. ...
17403. MS Publisher. Створення стандартних публікацій 103 KB
  Лекція 10 MS Publisher. Створення стандартних публікацій. 1. Запуск програми і вигляд вікна. Видавнича система Microsoft Publisher призначена для підготовки професійних публікацій. Запуск програми здійснюється з головного меню Windows. Після виконання команд Файл створити Публі...